Eine innovative Linse für Materiewellen, die atomare Kräfte nutzt, kann die Ausdehnung eines Bose-Einstein-Kondensats in drei Dimensionen verlangsamen. Dadurch können beispiellos niedrige Temperaturen erreicht werden.
Bose-Einstein-Kondensat kann bei der physikalischen Forschung helfen, aber es zerfällt zu schnell. Jetzt haben Wissenschaftler einen Weg gefunden, diesen Zustand stabiler zu machen
Bei ultratiefen Temperaturen offenbaren verdünnte atomare Gase ihre Quantennatur in Form von Materiewellen in Form eines Bose-Einstein-Kondensats (BEC). Durch die Interferenz dieser Wellen können Physiker Gravitationseffekte auf mikroskopischer Ebene untersuchen und damit die Gravitation auf Quantenebene testen. Aber um die Genauigkeit dieser Tests zu verbessern, ist es notwendig, die Temperatur des BPC weiter zu senken.
Deutschen Wissenschaftlern ist es gelungen, diesen Materiezustand bei der bisher niedrigsten Temperatur (38 Pikokelvin) mit einem neuen Zeitbereichslinsensystem auf Basis atomarer Wechselwirkungen herzustellen. Wissenschaftler erzeugten Wellen von KBE-Materie aus mehr als hunderttausend Atomen und zeichneten ihre Entwicklung im Laufe der Zeit auf. Ohne Anwendung einer Linsenwirkung dehnte sich das Kondensat aufgrund zufälliger thermischer Bewegung aus und wurde nach 160 ms zu dünn, um erkannt zu werden.
Aber als Physiker die Bahnen der Atome mit ihrer Linse „begradigten“, verlangsamte sich die Expansion und das Kondensat konnte 2 Sekunden lang bestehen bleiben. Darüber hinaus extrapolierten die Autoren ihre Ergebnisse und stellten fest, dass ihre innovative Kollimationstechnik langsam expandierende Systeme erzeugen kann, die sogar 17 Sekunden nach Beginn des Experiments erkannt werden können.
Die Materiewellen eines Bose-Einstein-Kondensats sind ein großartiges Werkzeug, um die Beziehung zwischen Quantentheorie und allgemeiner Relativitätstheorie zu untersuchen. Wenn ein BEC in einem Interferometer platziert wird, hängt sein Interferenzmuster teilweise von Gravitationseffekten aufgrund der Masse der Atome ab. Das Auffinden dieser Effekte könnte grundlegende Tests wie Einsteins Äquivalenzprinzip mit Quantenobjekten ermöglichen. Diese Tests erfordern, dass das Kondensat über lange Zeiträume frei vorhanden ist, aber herkömmliche Systeme können dies aufgrund der inneren Energie des Systems nicht, die die Atome auseinanderfliegen lässt. Eine Verringerung dieser Energie würde die Expansionszeit verlängern, bevor das BEC zu dünn wird, und die Genauigkeit der Materiewelleninterferometrie verbessern.
Ein Artikel von Wissenschaftlern, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters.
